LF钢包炉吹氩过程中钢液混匀时间模拟研究

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炉外精炼中钢包底吹氩流场的数学模拟

文章编号：００— １０２０）２— ０１０１０２７（０２００９ — ４
炉外精炼中钢包底吹氩流场的数学模拟
周云．董元篪，王海川．王世俊，刘永兵，宝国吴（安徽工业夫学冶金与材料学院．安徽马鞍山２３０）４０２
ｌｄｅｉｒｓｎｅ１ｅｆｉｅｄａａｙｉｉｏｔｉｅｎａｌｉｄｆｏｄｔｎａｌｓｐｅｅｔｄｔｕｄｆｌｎｅｍｏｅｓａｐｉｄｔｅｓｕｙｈｌｉｓｃｉｈｄｌｉｐｌｔｔｄｅｏｈ
ｖｒ＇ａｉｆｃｏ＂ｔｅｆｗｅｄｉｏｄｆｒｉｒｖｎｈｕｌｆｉｕｄｓｅ１．ｅｙｓｔｓａｔｒ．ｈｏｆｌｓｇｏｏｍｐｏｉｇｔｅｑａｉｏｌｑｉｔｅｙｌｉｗ
Ｋｅｒｓｍａｈｍａｉａｉｌｔｎｌｗｆｌ；ｂｏｎｒｏｙｗｏｄ：ｔｅｔｌｓｃｍｕａｉ；ｆｅｄｏｏｉｌｗｉｇａｇｎ
炉外精炼中钢包吹氩是简单易行的精炼手段，包底吹氩有常规钢包吹氩和ＣＳ—Ｏ钢ＡＢ底吹氩，常规钢
包吹氩即在普通包底上开一孔．并安装一个耐火材料的多孔透气塞，氩气通过透气塞吹人钢包中可促使钢
中夹杂物迅速上浮使钢液成分和温度均匀化。但这种钢包吹氩存在一些不足，吹氩时钢包上面的炉渣被吹开，水暴露于空气中，钢造成钢水的二次氧化，中不稳定氧化物及变价氧化物继续与钢水作用，水冲刷渣钢耐火材料．不断带入外来夹杂物。为了克服这些缺点，钢包加入浸溃罩，即炉外精炼的化学加热ＣＳ— ＢＡＯ

钢包吹氩时钢液循环流动过程数学模型研究

Ｋｅｒｓ：ａｌｔｌｓ；ｉｕｌｔｏｍａｅｔａｄｌｙｗｏｄｌｄｅｗｉＡｒｂａｔｃｒａｉｎ；ｔｍａｉｌｍｏｅｈｃｈｃ
ＡｂｓｒｔＢａｅｎｔｅｃｌｎｃｏｄｎｔｒ￣ａｏｅ－ｉｎｉｎｆｗｅｄ，ｅｍｏｔｎｓｅｌｃｒｕａｉｎｉａｌｕｉｇＡｒｂａｔｗａｉｌｔｄｎｔａｃ．ｓｄｏｏｍｎ — ｏｒｉａｅｐｏｍｆｔｅｄｍｅｓｏｏｆｌｔｌｅｔｅｉｌｔｎｌｄｅｄｒｎｌｓｓｓｍｕａｅｉｈｈｒｌｉｈｃｏＳｏｄｒｎａｄＳｅｌＧｒｕｏ．ｅｕｔｏｄｌｇｕｄｒｔｅｃｎｔｎｏｒｂａｔｔｅｍｏｔｎｓｅｌｃｒｕａｉｎｂｎｓｏｔｔｅｃａａｔｒｓｉｆ２ｈｕｕＩｏｎｔｏｐＣＡｓａｒｓｌｆｍｏｅｉｎｅｏｄｉｆＡｌｓ．ｌｔｉｌｔｒｇｕｈｒｃｅｔｏ一ｎｈｉｏｈｅｃｏｉｈｉｃＤｏｅｄ．ｈｅｔｒｏｔｅｒｔｒｏｌｃｔｓａｐｏｉｔｌｔ４５ｆｏｔｅｂｔｍ，ｎｔ２３ＲｉｅｃｎｅａｔｏｈｅｌｄｅｌｆｗｆｌＴｅｃｎｅｈｅｕｎｆｗｏａｅｐｒｘｍａｅｙａ／Ｈｒｍｏｔｉｆｌｈｏａｄａ／ｎｔｅｔｒｐｒｆｔａｌｈ
Ｖｏ２１．ｌＮｏ２
第２卷第０期Ｉ２
文章编号：０４７２２０）２— １２—０１０ —９６（０２００１３

钢包底吹氩搅拌混合行为的物理模拟研究

参考文献
蒋国昌．纯净钢与二次精炼［．海：海科学技Ｍ］上上
术出版社，９６１９
混匀效果的影响很大。总体上看，心喷吹的混匀偏时间较短，果要好于中心喷吹。实验条件下，效该钢包以单点偏心喷吹效果最好。（）渣（３顶精炼炉上部的熔渣）混匀的时间对有一定的影响，熔渣层越厚对钢包混匀时间将会越
Ｊ１０２ｕ．２１
钢包底吹氩搅拌混合行为的物理模拟研究
史向英
（马钢股份有限公司术中技心安徽马鞍山２３ｏ）４ｏｏ
摘要：通过物理研究了底吹氩搅拌工艺，模拟钢包测定了混匀时间、液面隆起高度和无渣ｌ直径三个工艺ｇ．参数，分析了
的影响。
式中，ｒ为修正的弗鲁德准数；Ｆ “为流速；ｇ为重力
加速度。和为液体和气体的密度。吹气孔直径Ｄ与气体体积流量之间的关系式为：
＝
４Ｖ
（）２
１实验的方法与装置
１１实验模型及相关参数．
代人式（）１得
实验中的模型是按钢包实际尺寸１６的比例：
（（（（（害）））３）
因气体压力和流量的计量表都是在标准状态下标定的，因此可根据气态方程对气体压力、度密来进行修正，即
ＰＴ＂ｏ
＝
制作，部分参数见表１。
表１原型和水模型的主要参数

钢包钢包底吹氩实验方案

钢包钢包底吹氩实验方案1吹氩精炼的影响因素氩气的精炼效果与吹氩量、吹氩压力、吹氩时间等因素有关。

1.1吹氩量搅拌气体进入熔池时，首先在喷嘴上形成气泡。

在气流动能的推动下到液相中，分散成无数的小气泡而上浮，同时在高温钢水中气体被加热而膨胀，从而产生了强烈的搅拌作用。

随着吹气量的增加，搅拌强度增大，而吹气量的增加是有一个I临界值的，如果吹气量超过某一临界值，吹入的气体从钢包底部向上部形成所谓的贯穿流，容易引起钢水发生喷溅，造成钢液表面覆盖的渣卷入钢液内部。

造成对钢液的污染。

另外当吹氩量偏低时，就限制了氩气的精炼作用，从而使氨气的脱氧、去气和保护钢水的作用都得不到充分发挥。

吹入气量是与吹气压力、吹气喷嘴结构等因素有关，可由试验决定。

在生产中通常根据不冲破钢包渣层裸鼹钢水为原则来确定吹气量和压力。

1.2氩气压力氩气的压力大，搅动力也大，气泡上升速度快，但压力过大时，氩气流涉及范围越来越少，氩气泡与钢液的接触面减小，而且如压力过大时，气体会迅速地冲出钢液，要冲破钢液上覆盖的渣层，使钢液受到大气的氧化，对精炼效果反而不利。

为此要求吹入的氩气压力不要太大，一般以能克服钢液的静压力，刚好能在透气砖表面上形成气泡为合适。

如钢液深，刚所需的氢气压力大，反之，所需氩气压力小。

理想状态是使氩气流遍布全钢包，增加接触面积和延长氩气流上升的流程和时间。

1.3吹氩时间目前，普遍认为吹氩时问不宣太长，否则钢液温度下降太多，且由于耐材受冲刷而使非金属夹杂物出现率增加，但吹氩时间不足，气体及非金属夹杂物不能很好地去除，吹氩效果不明显。

所以必须根据现场实际生产情况，以及要达到的精炼效果，从而确定合适的吹氩时间。

2实验原理物理模拟的理论基础是相似原理。

应用相似原理建立模型和进行实验时，必须保证两系统几何相似、物理相似。

对于钢包底吹氩系统来说，引起体系内流动的动力主要是气泡浮力而不是湍流的粘性力，因此保证模型与原型的修正弗鲁德准数相等，就能基本上保证它们的动力相似，根据这一原则，选用修正的Fr’,就可以确定模型中吹气量的范围。

钢包底吹氩模拟研究进展

钢包底吹氩模拟研究进展摘要本文介绍了，钢包底吹氩的原理、钢包底吹氩存在的问题及影响因素以及提高低吹成功率的改进措施。

并且简略介绍了两种水模方法：⑴.钢包底吹氩水模实验研究，其结论为：示踪剂偏向中心位置加入，混匀时间较短；对于同样的底部送气量，两块透气砖对称分布在同一直径上时，混匀时间较短；混匀时间随气体流量的增大而减少；⑵.钢包底吹氩性能优化水模型实验。

关键词钢包底吹氩水模混匀时间Progress of Simulation Studies of Argon Blowing from Bottom of LadleAbstract This paper introduces the principle of Argon Blowing from Bottom of Ladle,the existing questions of Argon Blowing from Bottom of Ladle and factors of influences.It also contains the improved measures to increase the success rates.And it introduces two kinds of water mould briefly: ⑴.The research of the experimental water mould,the conclusion is that tracer is turned to the center position.The time of blending is much shorter.To the same as the number of gases of blowing from bottom.The tworent bricks are distributed into the same diameter symmetrically.The time of blending is much shorter; With the number of blowing gases increasing,the time of blending id reducing.⑵.The experimented water mould of performance optimization of argon blowing from bottom of ladle.Key words ladle,argon blowing from bottom,water mould,time of blending钢包吹氩是目前国内外采用最广泛的一种炉外精炼方法，目前我国的转炉配连铸的车间，一般都配有钢包吹氩设施。

钢包底吹氩过程数学物理模拟研究

有效直径 ,m ;
Fr′m = Fr′f
(3)
式中 , Fr′m 为模型 ; Fr′f 为实物 ,模型与实
作者简介 :幸伟 (1979 - ) ,男 (汉族) ,湖北孝感人 ,湖北省钢铁冶金重点实验室 (武汉科技大学) ,硕士。
·3 4 ·
炼钢
第 21 卷
物比例取 1∶4 。
由式 (1) 、(2) 、(3) 可得下式 :
1 物理模型实验
1 . 1 实验原理
根据相似理论 ,除保证模型与原型几何相似
外 ,对于钢包底吹氩系统来说 ,引起体系内流动的动力主要是气泡浮力而不是湍流的粘性力 ,因此保证模型与原形的修正弗鲁德准数相等 ,就能保证它们的动力相似 ,根据这一原则 ,可以确定模型中吹气量的范围[2 ] 。
Fr′=ρlρ·g g··v2 H
钢包底吹氩搅拌技术是一种经济适用且简单易行的精炼方法 ,能有效的均匀钢水温度和成分 , 去除有害气体和夹杂物 ,改善钢液质量而得到广泛的应用。
在应用钢包底吹氩技术进行精炼时 , 要涉及到钢包底部喷嘴位置、喷嘴数目以及喷吹流量的选取和设定。但在实际生产操作中 , 往往存在因供气量过小使搅拌不理想 , 供气量过大而造成钢液表面覆盖的渣卷入钢液内部 , 造成对钢液的污染 ; 喷嘴位置不佳 , 钢液成分和温度不均匀等问题。文中对国内某钢厂 130 t 钢包精炼的现有技术条件进行了水力模型实验和数学模型计算 , 针对现场实际情况 , 确定合理的底吹氩制度[1 ] 。
Qm = 0 . 014 Qf
(4)
式中 , Qm 为模型气体体积流量 , m3 / h ; Qf 为
实物气体体积流量 ,m3 / h 。
1 . 2 实验方法

130t和160t钢包炉(LF)底吹氩的水模拟研究

ｔｅｏｔｕｏｏｒｏｌｉｇｒｅ（／ｉ）ｆｒｅｔｇｔｓｌｆｘｄｓｌｈｒａｏ — ｅｘｄｔｎａｌｉｇａｄｓｆｈｐｉｍｂｔｍａｇｎｂｗｎａＬｍｎｏｈａｉｍｅｕ，ｅｕｐｕｉｔｎｄｏｉａｉ，ｌｙｎｏｍｔｏｔｎｏｔｌｚｉｏｏｎｔ
韦江林唐萍文光华祝明妹高建军刘海澜
（Ｉ重庆大学材料科学与工程学院，重庆４０４；００５２中国第一重型机械集团公司，齐齐哈尔１１４）６０２摘要根据相似原理采用一重１０ｔ１０ｔ３、６钢包１：和１：．比例的水模型，５５５研究了底吹流量对混匀时间、液
Ｚ０ＣｌＮ４Ｇ６ｒ３ｉＭｏ等。这些钢种要求较高洁净度，特别是超纯转子钢３Ｃ２ｉＭＶ要求［］．０％，０ｒＮ４ｏｓ ≤００２ＴＯ］０Ｘ１Ｉ。经过现场调研得出，Ｆ精炼存［ ≤３０ ¨ Ｌ在的主要问题是吹氩制度不合理，不到脱硫反应达
ｂｏｎｒｅｐｅｔｅｙ２０，６０ｌｗｉｇａｅｒｓｃｉｌ０ｖ０，４ｎ５００ａｄ１０，ａｒ１０ｔｌｌｈｔａｅｒｓｃｉｅｙ３ｎｄｆ６ａｄｅｔａｅｐｅｔｖｌ００，５０，５０ａ０ｏｒ００ｎｄ２０．
ｃｕｉｇｍｉｉｇｔｍｅｉｕｄｌｖｌｆｃｕｔｎ，ｂｒｒａｄａｔｒａｄｆａｉｇｔｆｄｎｘｎｉ．１ｉｅｅｌｔａｉｑｕｏａｅａｅｉｍｅｅｎｏｔｉｏｌｓｏｓｈｓｂｅｔｄｅｙｕｉｇｌｎｍｅｎ

钢包底吹对钢液混匀时间和排渣面积的影响

等方面的原因，包底吹氩搅拌的冶金效果不甚钢理想，吹气量过大易造成钢液表面排渣面积增底大而引起二次氧化、渣卷人造成钢液污染以及熔包壁侵蚀加速；吹气量过小又起不到搅拌钢液底的作用。本研究旨在通过实验室进行２０ｔ６钢包模型
鞍钢技术
２１第３期００年
ＡＮＧＡＮＧＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＹ
总第３３期６
钢包底吹对钢液混匀时间和排渣面积的影响
丁丽华，晓光，丽娣，张贾赵亮
（钢股份有限公司技术中心，鞍辽宁鞍山１４０）１０９
摘要：通过实验室水力模型实验，究了钢包底吹方式、研气体流量对钢液混匀时间、面排液
生产中使用合理的钢包底吹方式以及控制气体流量，效地促进夹杂物去除及减少卷渣现象的发有
生产中被用来均匀钢水温度和成分，除有害气去体和夹杂物等的钢包底吹氩搅拌流体技术越来越得到生产厂和研究部门的重视。但因工艺及设备
渣面积的影响。实验结果表明，用双孔底吹方式可使钢液混匀时间缩短，面排渣面积减采液少，为在生产中使用合理的钢包底吹方式以及控制气体流量，有效促进夹杂物去除及减少卷渣
提供依据。
关键词：钢包；底吹；水力模型；匀时间；渣面积混排中图分类号：Ｉ７ ’ １Ｆ文献标识码：Ａ文章编号：１０４１（０００００００６— ６３２１）３— ０９— ４

LF精炼钢包底吹氩自动控制系统的开发与应用

吹氩模式。就地操作箱中有炉前允许操作按钮，选量设定值错误等情况均会报警提示，所有画面操作
择炉前允许操作按钮，则画面不能操作。操作箱中按钮及设备运行均有趋势，方便管理。
也有 4 个按钮对应软吹、中吹、强吹、强强吹 4 种模式。就地操作模式比画面操作模式多两个增加减
6结语
少按钮，方便操作人员在选定了一种吹氩模式后，
吹、强吹、强强吹 4 种模式进行氩气流量调节，这 4 支持扩展。1）用户管理，权限管理。针对不同的操
种模式对应的氩气流量具体参数只在画面上设定。作员设置不同的操作权限，只有登录操作员才能允
就地操作模式是在生产现场有一个就地操作许相关的操作，软件具有 5 级以上的权限保护。2）
箱，方便操作人员一边观察钢水搅拌状态一边调节报警及趋势。操作画面报警完整，流量超量程或流
4 底吹氩控制模式
4.1 手动模式精炼底吹氩手动控制模式按照操作地点的不
同，分为远程操作和就地操作。远程操作即画面操作，画面上有手动按钮和吹
王学恩
LF 精炼钢包底吹氩自动化控制系统的开发与应用
2018 年第 2 期
氩 4 种模式，选择手动后，根据实际选择软吹、中中绘制完成，内置所有操作和管理功能，控件丰富，
值平稳的从吹氩口吹入钢包，通过调整氩气搅拌强度降低硫等有害元素、降低夹杂物、均匀温度，达到最优合金比，提高钢
水纯净度，保持钢水温度、成分。
关键词：LF 精炼；钢包底吹氩；自动控制系统
中图分类号：TF345
文献标识码：B
文章编号：1004-4620（2018）02-0052-02
1前言
随着现代科学技术的发展和工业的发展，人们对钢的质量(如钢的纯净度)、使用性能、炼钢生产率及成本等方面提出了越来越高的要求，对钢水的成分、温度和气体的含量等也提出了严格的要求。钢包吹氩技术是一种经济适用而且简单易行的精炼方法，因有效地均匀钢水温度和成分，去除有害气体和夹杂物，改善钢液质量而被广泛应用。

承德70tLF炉底吹氩钢液流动数值模拟研究

LF底吹氩流场数值模拟研究1 数学模型的建立1.1模型基本假设1)假定液相为连续相，气相为离散相，初始状态下熔池中充满液相；2)熔池上边面忽略渣层影响，视为自由液面；3)假定液相为不可压缩粘性流体，熔池内液相流动视为稳态；4)气液两相区满足全浮力模型。

气泡浮力是驱动钢液循环流动的驱动力，两相区外钢液密度不变；5)泡为大小均匀，具有同一直径(d b)的球体，本文取2mm；6)忽略温度和浓度场对流场的影响。

1.2 模型边界条件(1)熔池表面：钢液直接与气相接触，表面压力为大气压，表面切应力忽略不计。

平行熔池表面的速度分量和其它标量梯度为0。

气相到达熔池表面进入大气，液相则不允许离开体系。

(2)固体壁面：所有固体壁面对速度、压力为无滑移边界条件，近壁面处动量及标量的输运方程有标准壁面函数确定。

.(3)入口：钢包底部吹氩气孔采用速度入口边界，且速度均匀分布。

1.3 网格划分图1.1 钢包模型的计算网格如图1所示，根据现场提供的设计图纸，建立LF熔池深度为2.41m的钢包模型，并采用GAMBIT划分六面体网格，网格总数控制在120 000左右。

1.4 数值求解钢液在底吹氩钢包内的流动是一个复杂的湍流流动过程，遵循三大守恒定律：质量守恒定律、能量守恒定律和动量守恒定律，要求计算满足质量守恒方程、能量守恒方程和动量方程即纳维尔—斯托克斯(Navier-Stokes)方程(简称为N-S)方程等控制方程。

本研究采用商业CFD软件欧拉-欧拉多相流模型来模拟计算LF 吹氩搅拌下钢液的流场，具体控制方程可参见文献。

2 数值模拟结果与分析2.1 现场工艺的模拟计算LF底吹氩气体流量根据精炼要求不同而采用两种模式，一种是精炼造渣采用较大的气体流量；另外一种均匀温度和成分、促进夹杂上浮进行软吹的而采用较小的气体流量模式。

根据现场提供的工艺参数，模拟计算现场条件下两种模式下的钢包流场。

2.1.1 精炼造渣的流场计算图2.1为精炼造渣氩气流量为200NL/min时LF炉不同截面流场图。

钢包吹氩精炼过程钢水流动与混合行为的研究

现象主要通过求解湍流Ｎｖｒｔｅ方程和温度、ａｉ－ｏｓｅＳｋ化学组分等在对流～湍流扩散形式下的守恒方程来实现，中吹氩搅拌过程钢水运动的驱动力主要来自吹人气体的浮力，使得运动的钢水具有两相流的其这
特征。由于准单相（密度单相模型）相对简单和有效，变】故被本文所采用。
，
＝Ｃ．ｅｏ／ｋ
其中：（）式２中的表示流体受到的外界质量力；（）６所示为标准ｋ双方程湍流模型Ｌ；、分式３一（）－ｅ９Ｐｅ
别为流体密度和层流粘度。
１２气泡浮力的模化 ‘ ．
根据钢包吹气搅拌的动力特点，（）式２中的两个水平方向动量方程中的源项
Ｖ０．０Ｎｏ６１３．
Ｄｅ．２０ｃ，０７
钢包吹氩精炼过程钢水流动与混合行为的研究
王阳赵连刚２，
（．钢职工大学，宁鞍山１４３；．１鞍辽１０２２辽宁科技大学科技处，辽宁鞍山１４５）１０１
吹气条件下的速度场和湍流特性做了定量描述，探讨了钢包几何形状和操作参数与湍流流动特性之并间的关系。吹气搅拌过程中钢水温度和成分的均匀化，也是同时颇受重视的研究方向，多研究者通过许
实验测量和数学模型仿真，Ｊ希望能对这些混匀过加以准确地了解和描述。
１１三维湍流流动的数学模化．当吹入气体流量保持不变时，钢包内钢水的流动状态会很快趋于稳定并长时间地保持下去。描述

LF炉精炼研究总结(2)

LF 是一种拥有电弧加热装置的炉外精炼方法，于 1971 年由日本特殊钢公司提出，它也被叫做钢包加热炉。

LF 主体是一个带有底吹氩的钢包，来自转炉或者电炉的钢液(无渣)注入到该钢包内，然后钢包被吊车吊运到钢包车上，运往 LF 处理工位。

在水冷炉盖下方提供三相电极，盖上水冷炉盖，加入高碱度的复合渣，然后通电，那末常压下即可达到埋弧加热的效果。

由于 LF 处理方法提供电弧加热、复合渣精炼，吹氩搅拌和合金微调等功能，因此 LF 精炼可达到以下冶金目的：1)通过还原气氛中高碱度复合渣的精炼， LF 有很高的脱硫和脱氧能力，钢液中硫含量和溶解氧可降低到 20PPm 以下，此外夹杂物也可有效的去除。

2) 钢液电弧加热调整钢液温度，加速复合渣熔化；3) 底吹氩方式达到钢液成份和温度的混匀；4) 依靠自动加料系统对钢液进行成份微调。

转炉出钢1) 钢包条件钢包应当干净，不附带任何残存炉渣；此外，换包周期不能多于4 小时，否则钢包必须烘烤加热到 1000-1200℃。

钢包内残存钢液或者炉渣会引起钢包温降，失去的热量需 LF 处理补偿，这些因素在 LF 电脑模型中都需要考虑进去。

2) 挡渣转炉出钢需要进行挡渣，众所周知转炉顶吹终点，钢液中存在一定含量的溶解氧，它与渣中氧保持平衡。

渣中FeO 和 P O 含量很高。

2 5当还原剂加入钢包钢液中溶解氧含量降低，钢渣间的氧平衡被打破，渣中 FeO 含量减小。

因为炉渣的氧化性降低，发生回磷现象。

因此为了阻挠钢液回磷和保证稳定的 LF 加热过程，转炉出钢要求挡渣。

3)合金和造渣剂的添加为保证钢液成份，出钢过程中需加入合金和还原剂。

LF 加热过程钢包精炼工艺包括几个过程，彼此间相互关联。

对于不同钢种，加热操作不尽相同，且处理过程参数均有相关的标准计算模型。

步骤 A：搅拌当钢包抵达 LF 处理位，接通自动快换接头向钢包提供氩气，根据钢种选择不同的吹氩模式。

a) 吹氩量： 150~300Nl/min步骤 B：混匀依据钢种提供不同的混匀方法a) 吹氩量： 300~600Nl/minb) 还原剂：硅铁，铝丸不同混匀模式中，还原剂用量是一定的 (~TS).这个步骤分为两个加热阶段，第一阶段持续 1 分钟，加热速度越慢越好，温度上升大约3℃/min，这是起弧阶段。

一种LF炉钢包底吹氩软搅拌自动控制系统及控制方法[发明专利]

专利名称：一种LF炉钢包底吹氩软搅拌自动控制系统及控制方法
专利类型：发明专利
发明人：彭高献
申请号：CN201911194214.6
申请日：20191128
公开号：CN110989406A
公开日：
20200410
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种LF炉钢包底吹氩软搅拌自动控制系统及控制方法，属于炼钢自动化设备领域。

位于钢包外侧设有金属探测器，钢包的炉盖上布置上升和下降限位接触器；钢包的底端设有底吹氩气端口；所述的底吹氩气端口通过氩气气管与氩流量控制阀相连；金属探测器的信号输出端与信号控制模块的信号接入端相连通；信号控制模块与氩流量控制阀相连且控制氩流量量控制阀作动；炉盖上的限位信号输出端与信号控制模块的信号接入端相连通；信号控制模块通过外部输入控制端接入。

本发明提供的钢包底吹氩软搅拌自动控制系统及控制方法，该系统通过金属探测器信号、炉盖限位信号、氩流量量控制阀信号对钢包进行检测并利用检测信号进行自动软搅拌。

申请人：张家港宏昌钢板有限公司,江苏沙钢集团有限公司
地址：215625 江苏省苏州市张家港市锦丰镇沙钢科技大楼
国籍：CN
代理机构：南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：李想
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钢包精炼炉(LF)钢液流动的数学物理模拟与优化

钢包精炼炉(LF)钢液流动的数学物理模拟与优化朱立光;王硕明;段云祥;梁玫;张建设;黄永建【期刊名称】《特殊钢》【年(卷),期】2005(026)006【摘要】应用相似原理和流体力学理论,利用电导率法和PHOENICS平台对钢包精炼炉(上、下口直径分别为2 310 mm和1 984 mm,内腔高2 620 mm,透气砖直径104 mm)钢液流动状态进行了水模拟和数学模拟,由实验和计算结果得出,离钢包底中心520 mm#底吹位置比离中心354 mm的1#位置获得的流场和均匀时间更合理,在≤300 L/min时,随吹气量增大,混匀时间减少,但＞300 L/min时,继续增大吹气量,混匀时间不再变化.40 t BOF-LF-CC生产结果表明,采用优化工艺后,钢中全氧量降低2×10-6,达到15.2×10-6,钢中夹杂物也显著减少.【总页数】4页(P10-13)【作者】朱立光;王硕明;段云祥;梁玫;张建设;黄永建【作者单位】河北理工大学冶金工程学院,唐山,063009;河北理工大学冶金工程学院,唐山,063009;河北理工大学冶金工程学院,唐山,063009;石家庄钢铁公司技术中心,石家庄,050031;石家庄钢铁公司技术中心,石家庄,050031;石家庄钢铁公司技术中心,石家庄,050031【正文语种】中文【中图分类】TF7【相关文献】1.70t连铸中间包内钢液流动的物理模拟 [J], 徐其言;刘辉;周俐2.基于示踪剂法板坯连铸40 t中间包内钢液流动行为的物理模拟 [J], 倪国龙;艾立群;赵定国;冯聚和;王书桓3.挡墙结构对46 t中间包钢液流动特性影响的数值和物理模拟 [J], 李洋;金焱;冯学武;常正昇;金业磊4.三流中间包钢液流动行为的数学物理模拟 [J], 王伟先;代传民;张红伟;雷洪5.带有顶渣的LF钢包炉熔池流动的数学物理模拟研究 [J], 郭长庆因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

LaFe合金在底吹氩钢包内熔化混匀的数值模拟研究

LaFe合金在底吹氩钢包内熔化混匀的数值模拟研究
刘玉宝;王举金;杨文;刘风琴;李亚琼;崔凌霄;张洋
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2022(36)21
【摘要】为研究LaFe合金在氩气搅拌钢液中的熔化混匀现象,本研究首先采用欧拉-拉格朗日法建立了吹氩过程钢液流场的计算模型,然后在流场模型的基础上建立了合金熔化和混匀模型,并研究了吹氩制度、合金品位对合金熔化混匀的影响。

结果表明,LaFe合金的品位影响其密度,进而影响其在钢液中的熔化行为;合金熔化时间与其品位存在近似线性关系,品位越高,熔化时间越短;双孔吹氩最有利于合金混匀,其次为单孔偏心吹氩,中心吹氩情况下钢包底部难以得到有效混匀;合金品位越高,其混匀时间越短,在吹氩位置为靠近壁面的0.8倍半径处,吹氩流量为100 NL/min条件下,纯La的最大混匀时间短于300 s,而20LaFe和50LaFe的最大混匀时间均长于320 s,在综合考虑合金收得率的前提下应尽可能提高合金品位,以缩短混匀所需时间。

【总页数】7页(P177-183)
【作者】刘玉宝;王举金;杨文;刘风琴;李亚琼;崔凌霄;张洋
【作者单位】北京科技大学冶金与生态工程学院;包头稀土研究院白云鄂博稀土资源研究与综合利用国家重点实验室;瑞科稀土冶金及功能材料国家工程研究中心;北方工业大学机械与材料学院
【正文语种】中文
【中图分类】TF1
【相关文献】
1.65t钢包底吹氩过程混匀时间模拟研究
2.LF钢包炉吹氩过程中钢液混匀时间模拟研究
3.钢包底吹氩对混匀影响的水模实验
4.底吹氩钢包内三维流场的数值模拟
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双孔底吹氩150 t LF精炼炉搅拌特性模拟

双孔底吹氩150 t LF精炼炉搅拌特性模拟庞赟佶;陈义胜;张怀军;陈俊俊;冯磊;郝帅【期刊名称】《宁夏大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(037)003【摘要】针对包钢150 t LF炉精炼过程中双孔吹氩搅拌钢液问题,按1∶4比例搭建水模型实验平台,选取吹气量、加料位置和吹气孔布置为实验因素,以混匀时间作为评价指标,根据现场条件确定各因素下的水平数进行实验研究;运用计算流体力学原理,以Fortran语言为编程工具,采用全浮力模型对多个工况下钢液的流动进行模拟研究.研究表明:双孔吹气条件下,吹气量、加料位置和吹气孔布置对钢液的混匀过程均有一定影响;双孔夹角越小越有利于钢液的成分和温度均匀;加料位置应在搅拌对称面的流动活跃区加入.【总页数】5页(P342-346)【作者】庞赟佶;陈义胜;张怀军;陈俊俊;冯磊;郝帅【作者单位】内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010;包钢技术中心,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学能源与环境学院,内蒙古包头014010【正文语种】中文【中图分类】TF769.2【相关文献】1.双孔护镜门闸顶泄流水动力特性与流态特征的三维数值模拟研究 [J], 臧英平;沃玉报;曾诚;王玲玲;薛晓鹏2.双出口孔射流气膜冷却换热特性数值模拟 [J], 李广超;张魏;吴冬3.聚合物溶解槽内双搅拌器流场特性的数值模拟 [J], 谢明辉;周国忠;孟山雅;王冰;杜叔良4.双搅拌高效澄清萃取槽澄清室流动特性的数值模拟 [J], 吕超;张子木;赵秋月;张廷安5.150 t LF炉单孔底吹氩搅拌特性研究 [J], 庞赟佶;陈义胜;张怀军;陈俊俊;冯磊;郝帅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

LF吹氩模式优化

喷嘴径向距离的影响
0.3R 0.4R 0.5R
70

tot
BIS

BIB Wake

BIR IF

60
50
removal ratio (%)
0.8R
0.6R
0.7R
40
30
20
0.3R
0.5R
0.7R
10
0
●当 0.3R被采用时，气泡流股相互重叠，且流股中心湍动能最弱，因而夹杂物的去除率最低。
● 双孔喷吹时，气泡在钢包中的分散性更好，气泡 - 夹杂物浮力碰撞和气泡
尾涡扑捉作用明显增加。
喷嘴布置角度的影响
70

tot

BIB Wake

BIR IF
BIS
45 deg
90 deg
135 deg

60
50
Removal ratio (%)
40
30
20
45 deg
90 deg
135deg

(5)气泡尾涡捕捉
●气泡上升过程中，在气泡底部，一对尾涡会周期性地形成与脱离 ●在渣 - 金界面附近的夹杂物会被气泡尾涡捕捉，并被带入渣层而去除.
气泡尾涡
slag bubble inclusion steel
SiWake g ug ul
As n Vi Vcell
Esp p
2 cos3 3cos 夹杂物颗粒间尺寸差别越大，夹杂物之间 3 p p 2 Es Ec SU sin exp 3K cos ln 1.8 2 2 Ec SU sin Ec SU 的 Stokes 碰撞速率就越大。

吹氩搅拌的实践

吹氩搅拌的实践2008-10-27 20:33:22 作者：zhaoluo 来源：制钢参考网浏览次数：202 文字大小：【大】【中】【小】从转炉出到钢包的钢水，在钢包内钢水温度分布是不均匀的，由于包衬吸热和钢包表面的散热，在包衬周围钢水温度较低，而钢包中心区域温度较高。

如25t钢包，上、下层温差为70～100℃，50t为60～70℃。

这样如把钢水注入中间包，由于中间包衬的吸热再加上钢包底部钢水温度较低，就会造成中间包钢水温度降低过大而接近液相线温度，导致水口冻钢，浇注中断。

另外，钢包上、下部钢水温度低而中间温度高的特点，也会导致浇注过程中中间包钢水温度前、后期低，中期温度高，这样会引起结晶器坯壳生长厚度的不均匀性，同时对铸坯内部质量也有不利影响。

因此，各厂都规定供给连铸的钢水必须进行钢包吹氩气搅拌，以使浇注过程中钢水温度稳定均匀。

吹氩气搅拌已成为保证连铸钢水质量必要的技术措施。

钢包吹氩气搅拌钢水的目的是：⑴均匀钢水温度：对25t钢包吹氩搅拌钢水试验表明，吹氩气1min降温约10℃。

吹气搅拌后浇注前、中期中间包钢水温度差平均为3℃；而未吹气搅拌的炉次，前、中期钢水温差为14℃。

这说明吹气搅拌促使钢包上、下钢水温度的均匀。

⑵均匀钢水成分；出钢时在钢包内加入大量的铁合金（如硅锰、硅铁等），吹氩搅拌可使钢水成分均匀。

⑶促使夹杂物碰撞上浮，如某厂30t钢包吹氩3min，氧化物夹杂平均减少28%，总氧含量降低17.5%。

吹氩时，吹气压力和流量的控制应以不使钢水裸露翻腾为原则，否则钢水二次氧化严重，而且会使钢中氮和夹杂物含量有所增加。

钢包吹氩气搅拌的吹气流量和吹气压力的确定：吹气流量和压力的选择是影响钢包吹气搅拌效果的一个重要参数。

吹入钢水中的气体，分散成无数的小气泡而上浮，同时，在高温钢水中气体被加热而膨胀，这样产生的上浮力，抽引相当于吹入气体体积50～100倍钢水进行循环流动，从而产生了强烈的搅拌作用。

随着吹气量的增加，搅拌强度增大。

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童
第１期
ＶＯ１．４２ＮＯ．１２０１３
ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬＨＥＡＴＩＮＧ
ＤＯＩ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００２ — １６３９．２０１３．０１．０１９
确定。ｆＴ，即
南ｃ俐＝击（）＋Ｇｋ㈥茜ｃ俐＝茜（）＋一譬Ｇｋ）
（４）
式中：Ｇｋ为湍动能产生项，由式（５）确定。
鹏和篥（３）不考虑钢液面上渣层。
ｌ・１・１流场数学模型的建立
／ｌｅｔｆ＝／ｌｌ＋ｐＣ￣ｋ／ｅ
ｔｒｋ＝０．０９，ｃｒ￡＝１．３。
㈥ ‘
（６）
式（４）～式（６）中出现的经验常数采用Ｌａｕｎｄｅｒ和Ｓｐａｌｄｉｎｇ的推荐值，Ｃ１＝１．４３，Ｃ２＝１．９２，Ｃｕ＝０．０９，
气液相间的滑移；（２）气液两相区采用准单相模型，含气率采用蔡志
去茜＋鲁）］＋一舞ｃ２
式中：ｌ／。ｆｆ为有效黏度，因钢包内的流动过程为湍流流动，
因此采用由Ｌａｕｎｄｅｒ和Ｓｐａｌｄｉｎｇ提出的ｋ —ｓ双方程模型来
在正常精炼过程中，钢液流动为准稳态过程，应用稳态过程连续性方程、动量Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程及湍流双
收稿日期：２０１２ — １０－２５；修回日期：２０１２ — １２ — １９
“ ＝茜（＼甏＋而等ｄ）／
ＢＡＯＷｅｎｔｉｎｇ
（ＢｅｉｆｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６５５５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｐｐｌｉｎｇｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙｅｑｕａｔｉｏｎ，Ｎ— Ｓｅｑｕａｔｉｏｎ，ｋ－ｅｅｑｕａｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｆｅｌｄｏｆｈｏｌｅｓｄｕｒｉｎｇａｒｇｏｎｂｌｏｗｉｎｇｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｕｓｉｎｇｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｗａｔｅｒｍｏｄｅｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｉｓｒｉｔｂｕｔｉｏｎｏｆＡｒｇｏｎ — ｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄａｍｏｕｎｔｏｆａｒｇｏｎｏｎｉｎｌｆｕｅｎｃｅｏｆｃｏｍｍｉｘｔｉｍｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｄｌｅｆｕｒｎａｃｅ；ａｒｇｏｎｂｌｏｗｉｎｇ；ｃｏｍｍｉｘｔｉｍｅ
ＬＦ钢包炉吹氩过程中钢液混匀时间模拟研究
鲍文廷
（中冶东方工程技术有限公司，山东青岛２６６５５５）摘要：应用三维连续性方程、动量Ｎ— ｓ方程及湍流缸ｓ双方程以及浓度场模型模拟了底吹氩过程中钢包内钢液浓度分布。采用数值模拟和水模实验的方法，分析吹氩位置分布和吹氩量对混匀时间的影响。
＝
：
０
（１）、
值模拟和水模实验的方法对影响ＬＦ炉吹氩混合效果的各
种工艺参数进行了研究。
１数学模型的建立
１．１基本假设
由于二维流场程序描述ＬＦ炉吹氩过程有其局限性，因此必须通过三维流场程序对其进行全面的模拟。本文借鉴了以前一些研究方法，并根据具体情况予以分析，基于以下假设建立流场的数学模型：（１）气泡的浮力是钢液流动的主要驱动力１］，忽略
ＬＦ炉法即钢包炉法，是一种集吹氩搅拌、埋弧加热、还原气氛及白渣精炼为一身的炉外精炼方法，其中钢包炉底吹氩搅拌的混合效果好坏直接影响着整个ＬＦ炉的精炼效果。因此，本文以某钢厂１５０ｔＬＦ炉为原型，用数
方程模型来描述。
连续性方程：ＯＸｉ动量Ⅳ一Ｓ－ｈ－程：
关键词：ＬＦ炉，吹氩，混匀时间中图分类号：ＴＦ４７１．５文献标志码：Ａ文章编号：１００２ — １６３９（２０１３）０１ — ００６０ — ０４
ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＣｏｍｍｉｘＴｉｍｅｏｆＬａｄｌｅＦｕｒｎａｃｅｄｕｒｉｎｇＡｒｇｏｎＢｌｏｗｉｎｇ